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亚稳态纳米晶氧化锆片状粉体的制备及冷烧结

硅酸盐学报 2023年第7期51卷 1819-1826页

作者：张贺新丁奇范宇驰江莞东华大学材料科学与工程学院上海201620 东华大学功能材料研究中心上海201620

冷烧结技术自引入以来已有多种陶瓷材料获得了成功制备,但作为重要结构陶瓷的氧化锆其冷烧结致密度仍然偏低。为了提高冷烧结氧化锆陶瓷的致密度,采用亚稳态的纳米晶氧化锆片状粉体进行了研究。首先利用氧化石墨烯为模板,以三(羟甲基)... 详细信息

冷烧结技术自引入以来已有多种陶瓷材料获得了成功制备,但作为重要结构陶瓷的氧化锆其冷烧结致密度仍然偏低。为了提高冷烧结氧化锆陶瓷的致密度,采用亚稳态的纳米晶氧化锆片状粉体进行了研究。首先利用氧化石墨烯为模板,以三(羟甲基)氨基甲烷为沉淀剂制备了含56%四方相的片状氧化锆。然后,从烧结助剂、温度、压力、液相掺量4个因素出发探索了对氧化锆致密度以及微观结构的影响。结果表明:在HCl作为烧结助剂、300℃、500 MPa、液相掺量为20%(质量分数)的冷烧结工艺条件下,实现了约70%的致密度,远高于目前冷烧结氧化锆致密度的报道值。致密度的提升主要得益于烧结中亚稳态氧化锆的相变以及助剂对片状粉体的颗粒重排和溶解-沉淀作用。此外,孔隙率的降低使得冷烧结氧化锆陶瓷的杨氏模量和抗弯强度分别达到了24 GPa和20 MPa。

关键词：氧化锆陶瓷冷烧结致密度烧结助剂相变

ZrO2陶瓷与CaHPO4陶瓷的冷烧结制备与力性能研究

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ZrO2陶瓷与CaHPO4陶瓷的冷烧结制备与力性能研究

作者：张贺新东华大学

学位级别：硕士

烧结在现代陶瓷科学中已被广泛研究了50多年,并开发了许多新技术。在陶瓷材料常规热烧结的情况下,烧结温度需要熔点的50%～70%,烧结温度往往高于1000℃。冷烧结技术(CSP)自2016年问世以来,吸引了众多科学工作者的注意,迄今为止,冷烧结... 详细信息

烧结在现代陶瓷科学中已被广泛研究了50多年,并开发了许多新技术。在陶瓷材料常规热烧结的情况下,烧结温度需要熔点的50%～70%,烧结温度往往高于1000℃。冷烧结技术(CSP)自2016年问世以来,吸引了众多科学工作者的注意,迄今为止,冷烧结技术是所有烧结技术里温度最低的,烧结温度<350℃。与传统的高温热激活机制不一样,冷烧结依靠高压与化学机制,在高压状态下,液相溶剂和无机材料表面之间的动态化学相互作用驱动溶解,并引发颗粒长大。Zr O陶瓷与Ca HPO陶瓷具备优异的生物相容性,在生物医学领域应用广泛,然而关于这两种陶瓷材料的冷烧结报道还很少。本文将主要以Zr O(纯Zr O与3YSZ)陶瓷与Ca HPO陶瓷为对象,探索冷烧结制备的可能性,并对力学性能进行分析。研究内容如下:(1)以氧化石墨烯为模板,三(羟甲基)氨基甲烷为沉淀剂制备了片状的纯Zr O粉体与3YSZ粉体,探索了两种氧化锆材料的冷烧结工艺。结果表明,在300℃、500 MPa、保温20 min、液相含量为20 wt%以及HCl作为烧结助剂的冷烧结工艺条件下,使纯Zr O陶瓷和3YSZ陶瓷分别获得了约70%和61%的致密度。HCl的加入促进了Zr O的相变、颗粒重排和溶解–沉淀,有利于提升Zr O的冷烧结致密度。(2)采用沉淀法合成了片状Ca HPO·2HO粉体,利用该粉体制备了Ca HPO陶瓷,探索了冷烧结工艺。结果表明,在250℃、450MPa、保温15 min、液相含量为15 wt%以及去离子水作为烧结助剂的冷烧结工艺条件下,Ca HPO陶瓷的致密度达到了95%,晶粒长大明显,而利用传统烧结方法仅获得致密度为78%的Ca HPO陶瓷,表明结晶水与外加的去离子水在促进烧结上具有显著作用。此外,实验分析了不同压力对Ca HPO陶瓷力学性能的影响。结果表明,压力为450 MPa下的陶瓷力学性能最佳,抗弯强度为49 MPa,杨氏模量为59 GPa,维氏硬度为1.72 GPa。(3)受到Ca HPO本身性质的影响,致密的Ca HPO陶瓷力学性能很难提升。片状氧化锆虽然难以低温一步烧结,但可以作为增强增韧相加入到Ca HPO中弥补Ca HPO材料本身较低的力学性能,特别是含四方相的3YSZ还具备相变增韧机制。基于这个思路,实验利用原位生长Ca HPO?2HO的方式得到了Ca HPO·2HO/3YSZ粉体,并在250℃、450 MPa、去离子水为烧结助剂、液相含量为15 wt%的冷烧结条件下获得了致密度为85%的Ca HPO/3YSZ(40 vol%)复相陶瓷。通过力学性能测试,陶瓷的抗弯强度达到了83 MPa,维氏硬度达到了2.76 GPa,断裂韧性达到了1.73 MPa·m,分别比Ca HPO陶瓷提高了69%、61.4%、140.3%,表明片状3YSZ具有显著的增强增韧作用。

关键词：冷烧结 ZrO2陶瓷 CaHPO4陶瓷 CaHPO4/3YSZ复合材料力学性能

TiO_2/SiO_2复合气凝胶的制备与传热特性

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哈尔滨工程大学学报 2012年第3期33卷 389-393页

作者：张贺新方双全哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对SiO2气凝胶红外遮光性能差的问题,以纳米二氧化钛作为掺杂剂,以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶工艺和非超临界干燥方法制备了不同TiO2掺杂量的纳米孔改性SiO2气凝胶复合材料,研究了pH值和乙醇含量对凝胶时间的影响,并采用SEM... 详细信息

针对SiO2气凝胶红外遮光性能差的问题,以纳米二氧化钛作为掺杂剂,以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶工艺和非超临界干燥方法制备了不同TiO2掺杂量的纳米孔改性SiO2气凝胶复合材料,研究了pH值和乙醇含量对凝胶时间的影响,并采用SEM、TEM和BET方法分别对凝胶的表面形貌和孔结构进行了分析表征.结果表明,当pH为6时,乙醇/TEOS为8:1(摩尔比)时,可得到掺杂均匀、完整的TiO2/SiO2凝胶;热处理后的复合气凝胶具有网状纳米孔结构;当掺杂量小于5%时,干凝胶平均孔径为20～50 nm,比表面积均大于1 000 m2/g.通过红外透过率及消光性能比较,TiO2掺杂SiO2干凝胶复合材料的红外光屏蔽功能较纯SiO2气凝胶提高了50%.

关键词： TiO2/SiO2气凝胶非超临界干燥光屏蔽传热特性

磷杂菲改性腰果酚多元醇的合成及阻燃聚氨酯硬泡性能

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高等学校化学学报 2022年第4期43卷 171-178页

作者：唐刚孙俊杰张冬欣伍强张贺新沈海峰陶熠刘秀玉安徽工业大学建筑工程学院马鞍山243032 安徽工业大学分子工程与应用化学研究所马鞍山243032 安徽工业大学化学与化工学院马鞍山243032

采用生物质原料腰果酚和9,10-二氢-9-氧杂-10-膦杂菲-10-氧化物(DOPO)为原料,合成了一种磷杂菲改性腰果酚多元醇(P-Cardanol-Polyol),并利用核磁共振氢谱和磷谱对其结构进行了表征.利用P-Cardanol-Polyol对聚氨酯硬泡(RPUF)进行阻燃改性... 详细信息

采用生物质原料腰果酚和9,10-二氢-9-氧杂-10-膦杂菲-10-氧化物(DOPO)为原料,合成了一种磷杂菲改性腰果酚多元醇(P-Cardanol-Polyol),并利用核磁共振氢谱和磷谱对其结构进行了表征.利用P-Cardanol-Polyol对聚氨酯硬泡(RPUF)进行阻燃改性,得到一系列阻燃聚氨酯硬泡.考察了P-Cardanol-Polyol的用量对阻燃聚氨酯硬泡的形貌、密度、热导率、压缩性能、热稳定性以及阻燃性能的影响.研究结果表明,P-Cardanol-Polyol对聚氨酯硬泡的密度影响可以忽略不计;随着P-Cardanol-Polyol的加入,阻燃聚氨酯硬泡的平均孔径逐渐减小,热导率也逐渐降低.未改性聚氨酯硬泡的最大热释放速率和总放热量分别为390 kW/m^(2)和31.9 MJ/m^(2),阻燃聚氨酯硬泡则降低至340 kW/m^(2)和24.6 MJ/m^(2).此外,阻燃聚氨酯硬泡的压缩强度比未改性聚氨酯硬泡提升了约13%.炭层分析结果表明,P-Cardanol-Polyol能够促进聚氨酯硬泡形成连续致密且具有良好抗热氧化性能的炭层,有利于减少燃烧过程中可燃性气体的逸出,从而提升阻燃性能.

关键词：聚氨酯硬泡腰果酚多元醇磷杂菲阻燃剂热降解

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空心球及其复合材料制备与性能研究进展

中国材料进展 2023年第6期42卷 482-491页

作者：果春焕邵帅齐牛建民姜风春张智超张瑞鹏张贺新哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院黑龙江哈尔滨150001 上海船舶工艺研究所上海200032 哈尔滨工程大学烟台研究院山东烟台264010

空心球复合材料是一种采用粉末冶金、铸造等方式将空心球与基体材料复合而成的轻质多孔材料,均匀的孔隙结构使该材料具有较常规多孔材料更高的比强度、吸能、阻尼、隔热和隔声等多种特性,在航天航空、装甲防护、交通运输、核电站屏蔽防... 详细信息

空心球复合材料是一种采用粉末冶金、铸造等方式将空心球与基体材料复合而成的轻质多孔材料,均匀的孔隙结构使该材料具有较常规多孔材料更高的比强度、吸能、阻尼、隔热和隔声等多种特性,在航天航空、装甲防护、交通运输、核电站屏蔽防护等多个领域呈现出广阔的发展空间与应用前景,备受人们关注。围绕空心球及其复合材料,综述了空心球及其复合材料的性能与制备工艺的国内外研究现状,并分析了不同材质的空心球复合材料在性能上的异同。在此基础上,提出了空心球复合材料研究领域有待深入研究的难点与热点,并对空心球复合材料未来的发展方向进行了展望。

关键词：空心球空心球复合材料制备方法性能应用

有机凝胶法低温合成纳米Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6粉体

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无机材料学报 2004年第1期19卷 75-80页

作者：赵九蓬李垚强亮生王彪张贺新哈尔滨工业大学应用化学系哈尔滨150001 哈尔滨工业大学复合材料研究所哈尔滨150001

以柠檬酸和乙二胺四乙酸为配位剂与金属离子配位,以水作为溶剂,采用有机凝胶法合成了纳米SrxBa1-xNb2O6(x=0.5)陶瓷粉体.以TG/DTA对金属羧酸盐凝胶的热分解历程进行了分析,以XRD分析了不同煅烧温度下所得产物的相组成.结果表明,在800℃... 详细信息

以柠檬酸和乙二胺四乙酸为配位剂与金属离子配位,以水作为溶剂,采用有机凝胶法合成了纳米SrxBa1-xNb2O6(x=0.5)陶瓷粉体.以TG/DTA对金属羧酸盐凝胶的热分解历程进行了分析,以XRD分析了不同煅烧温度下所得产物的相组成.结果表明,在800℃下煅烧2h可获得单一四方钨青铜相SBN粉体.研究了溶液pH值和柠檬酸用量对Sr-Ba-Nb前驱体凝胶稳定性的影响.通过计算Sr-EDTA和Ba-EDTA配合物的条件形成常数Kcf及实验确定获得稳定Sr-Ba-Nb前驱体凝胶的最佳pH=8.

关键词：铌酸锶钡陶瓷粉体有机凝胶法柠檬酸 pH值

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环境保护与可持续发展课程“四阶”创新实践

教育信息化论坛 2023年第13期 3-5页

作者：杨飘萍丁鹤张贺新哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院黑龙江哈尔滨150001

环境保护与可持续发展课程教学团队立足服务工程教育,深度把握“人与自然和谐共生”的可持续发展内涵,以培养学生生态文明意识为基础,从培养学生可持续发展工程能力和跨行业创新思维为目标,开展了“新工科”背景下课程的“四阶”创新实... 详细信息

环境保护与可持续发展课程教学团队立足服务工程教育,深度把握“人与自然和谐共生”的可持续发展内涵,以培养学生生态文明意识为基础,从培养学生可持续发展工程能力和跨行业创新思维为目标,开展了“新工科”背景下课程的“四阶”创新实践。课程团队通过建设“双核”思政体系、新工科案例库和“1+N”专业协同网络模块,提出“五导链式”教学法,采取“全面培养、积极参加、重点选拔”的实践培育机制进行“四阶”创新实践,以培养学生“知识深度—工程应用—实践能力—创新思维”的综合能力。

关键词：环境保护与可持续发展 “新工科” 工程实践教学创新

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激光选区熔化制备高熵合金的研究进展

哈尔滨工程大学学报 2023年第5期44卷 884-894页

作者：张贺新都雨辉李艳春董涛张瑞鹏朱晓波郭东生姜风春果春焕哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院黑龙江哈尔滨150001 黑龙江省科学院高技术研究院黑龙江哈尔滨150028 哈尔滨工程大学烟台研究(生)院山东烟台264000

高熵合金因其独特性能优势,使其在航空航天、船舰等领域有着巨大的潜在应用。传统熔炼等制备方式难以满足高自由度设计、低成本等工业化需求。激光选区熔化作为一种典型的增材制造技术,具有高近净成形能力,在制备复杂金属零部件方面存... 详细信息

高熵合金因其独特性能优势,使其在航空航天、船舰等领域有着巨大的潜在应用。传统熔炼等制备方式难以满足高自由度设计、低成本等工业化需求。激光选区熔化作为一种典型的增材制造技术,具有高近净成形能力,在制备复杂金属零部件方面存在巨大潜力。本文介绍了高熵合金粉体的制备方式,激光选区熔化制备高熵合金的基本原理及优势特点。归纳总结了国内外关于激光选区熔化制备高熵合金的工艺参数优化、组织性能及后处理工艺研究。指出了解决大尺寸零部件制备、原位合金化研究是激光选区熔化制备高熵合金的下一步发展趋势。

关键词：高熵合金增材制造组织性能激光选区熔化缺陷后处理粉末体积能量密度

K_2Ti_6O_(13)晶须掺杂对SiO_2气凝胶结构和红外透过性能的影响

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硅酸盐学报 2011年第2期39卷 268-272页

作者：张贺新张晓红方双全哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150001

以正硅酸乙酯、去离子水为原料,六钛酸钾(K2Ti6O13)晶须为红外遮光剂,采用溶胶–凝胶结合非超临界干燥的方法制备了K2Ti6O13–SiO2气凝胶纳米孔复合隔热材料。采用扫描电镜,透射电镜,Fourier转换红外光谱,差热–热重分析和X射线衍射分析... 详细信息

以正硅酸乙酯、去离子水为原料,六钛酸钾(K2Ti6O13)晶须为红外遮光剂,采用溶胶–凝胶结合非超临界干燥的方法制备了K2Ti6O13–SiO2气凝胶纳米孔复合隔热材料。采用扫描电镜,透射电镜,Fourier转换红外光谱,差热–热重分析和X射线衍射分析了K2Ti6O13–SiO2复合材料的微观结构、红外光谱特性、热重–差热和物相变化。采用N2吸附–脱附方法分析了K2Ti6O13–SiO2复合材料的孔结构。结果表明:制备的K2Ti6O13–SiO2复合材料具有三维纳米孔特征,平均孔径约为30～40 nm,K2Ti6O13–SiO2复合材料红外透过率随K2Ti6O13晶须含量的增加而减少,并且随热处理温度的升高,在3～5μm短波段区域内,红外透过率逐渐升高,而在5～8μm较高波段内,其红外透过率呈下降趋势。

关键词：气凝胶纳米孔结构溶胶–凝胶合成微观结构热分析